DE102017123815B4 - INVERTER AND METHOD FOR OPERATING AN INVERTER - Google Patents
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Abstract
Wechselrichter (1) mit einer Brückenschaltung (2), die zwei Halbbrücken mit jeweils zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern aufweist, wobei die Endpunkte der Reihenschaltungen jeweils mit Gleichstromanschlüssen (4) einer eingangsseitigen Zwischenkreiskapazität (3) und die Mittelpunkte der Reihenschaltungen mit Ausgangsleitungen (5a, 5b) zur Verbindung mit einem Wechselspannungsnetz verbunden sind, wobei die Ausgangsleitungen (5a, 5b) jeweils über einen eine Filterkapazität (8) umfassenden Ableitpfad (9a, 9b) mit einem der Endpunkte der Reihenschaltung verbunden sind, und wobei der Wechselrichter (1) eine Steuereinheit (10) aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine getaktete Ansteuerung der Halbleiterschalter der Brückenschaltung (2) in Abhängigkeit von einem ausgangsseitig der Brückenschaltung (2) gemessenen Wechselstrom zu erzeugen, wobei die Steuereinheit (10) mit mindestens einem ausgangsseitig der Brückenschaltung (2) angeordneten Stromsensor (11a, 11b, 12, 14, 15, 17, 18, 19, 20, 22, 23) zur Messung des Wechselstroms verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgangsseitig der Brückenschaltung (2) gemessene Wechselstrom an mindestens zwei Messstellen (13a, 13b, 16a, 16b, 16c, 21) erfasst wird, wobei eine erste Messstelle (13a, 13b, 21) in einer der Ausgangsleitungen (5a, 5b) und eine zweite Messstelle (16a, 16b, 16c) in einem der Ableitpfade (9a, 9b) oder in einer gemeinsamen Rückleitung (9c) zu dem Endpunkt der Reihenschaltung angeordnet ist, wobei in nur einer der Ausgangsleitungen (5a, 5b) eine Messstelle (13a, 13b, 21) zur Messung eines netzfrequenten Anteils des Wechselstroms angeordnet ist, während die andere Ausgangsleitung (5a, 5b) frei von Messstellen (13a, 13b, 21) zur Messung des Wechselstroms ist. Inverter (1) with a bridge circuit (2) which has two half bridges, each with two semiconductor switches connected in series, wherein the end points of the series circuits are each connected to direct current connections (4) of an input-side intermediate circuit capacitance (3) and the center points of the series circuits are connected to output lines (5a, 5b) for connection to an alternating voltage network, wherein the output lines (5a, 5b) are each connected to one of the end points of the series circuit via a discharge path (9a, 9b) comprising a filter capacitance (8), and wherein the inverter (1) has a control unit (10) which is designed to generate a clocked control of the semiconductor switches of the bridge circuit (2) depending on an alternating current measured on the output side of the bridge circuit (2), wherein the control unit (10) is connected to at least one current sensor (11a, 11b, 12, 14, 15, 17, 18, 19, 20, 22, 23) for measuring the alternating current, characterized in that the alternating current measured on the output side of the bridge circuit (2) is detected at at least two measuring points (13a, 13b, 16a, 16b, 16c, 21), wherein a first measuring point (13a, 13b, 21) is arranged in one of the output lines (5a, 5b) and a second measuring point (16a, 16b, 16c) is arranged in one of the discharge paths (9a, 9b) or in a common return line (9c) to the end point of the series connection, wherein a measuring point (13a, 13b, 21) for measuring a mains frequency portion of the alternating current is arranged in only one of the output lines (5a, 5b), while the other output line (5a, 5b) is free of measuring points (13a, 13b, 21) for measuring alternating current.
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter und ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, der einen eingangsseitigen Gleichstrom in einen ausgangsseitigen Wechselstrom zur Einspeisung in ein Wechselspannungsnetz umwandelt.The invention relates to an inverter and a method for operating an inverter which converts an input-side direct current into an output-side alternating current for feeding into an alternating voltage network.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Aus der
Aus der
AUFGABE DER ERFINDUNGTASK OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter und ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit einer einfacher und kostengünstiger aufgebauten Stromsensorik zur Erfassung netzfrequenter und hochfrequenter Komponenten eines ausgangsseitigen Wechselstromes bereitzustellen.The invention is based on the object of providing an inverter and a method for operating an inverter with a simple and cost-effective current sensor system for detecting mains frequency and high frequency components of an output-side alternating current.
LÖSUNGSOLUTION
Die Aufgabe wird durch einen Wechselrichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.The object is achieved by an inverter having the features of
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Ein erfindungsgemäßer Wechselrichter umfasst eine Brückenschaltung, die zwei Halbbrücken mit jeweils zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern aufweist, wobei die Endpunkte der Reihenschaltungen jeweils mit Gleichstromanschlüssen einer eingangsseitigen Zwischenkreiskapazität verbunden sind. Die Mittelpunkte der Reihenschaltungen dieser sogenannten H4-Brücke sind mit Ausgangsleitungen zur Verbindung mit einem Wechselspannungsnetz verbunden. Die Ausgangsleitungen sind jeweils über einen eine Filterkapazität umfassenden Ableitpfad mit einem der Endpunkte der Reihenschaltung verbunden. Der Wechselrichter weist eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, eine getaktete Ansteuerung der Halbleiterschalter der Brückenschaltung in Abhängigkeit von einem ausgangsseitig der Brückenschaltung gemessenen Wechselstrom zu erzeugen. Dazu ist die Steuereinheit mit mindestens einem ausgangsseitig der Brückenschaltung angeordneten Stromsensor zur Messung des ausgangsseitigen Wechselstroms verbunden.An inverter according to the invention comprises a bridge circuit which has two half bridges, each with two semiconductor switches connected in series, the end points of the series circuits being connected to direct current connections of an input-side intermediate circuit capacitance. The midpoints of the series circuits of this so-called H4 bridge are connected to output lines for connection to an alternating voltage network. The output lines are each connected to one of the end points of the series circuit via a discharge path comprising a filter capacitance. The inverter has a control unit which is set up to generate a clocked control of the semiconductor switches of the bridge circuit depending on an alternating current measured on the output side of the bridge circuit. For this purpose, the control unit is connected to at least one current sensor arranged on the output side of the bridge circuit for measuring the alternating current on the output side.
Der Wechselrichter ist dadurch gekennzeichnet, dass der ausgangsseitig der Brückenschaltung gemessene Wechselstrom an mindestens zwei Messstellen erfasst wird, wobei eine erste Messstelle in einer der Ausgangsleitungen und eine zweite Messstelle in einem der Ableitpfade oder in einer gemeinsamen Rückleitung zu dem Endpunkt der Reihenschaltung angeordnet ist.The inverter is characterized in that the alternating current measured on the output side of the bridge circuit is detected at at least two measuring points, wherein a first measuring point is arranged in one of the output lines and a second measuring point is arranged in one of the discharge paths or in a common return line to the end point of the series connection.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Messung des hochfrequenten Anteils des Wechselstromes nicht nur in den Ausgangsleitungen, sondern auch in den Ableitpfaden möglich ist, wobei die Rückleitung als gemeinsamer Teil der Ableitpfade angesehen werden kann. Diese Erkenntnis ermöglicht es, eine Messsensorik zu verwenden, die optimal auf die erste Messstelle bzw. die zweite Messstelle und deren jeweiligen Eigenschaften und Randbedingungen ausgelegt ist. Insbesondere ist es ausreichend, nur in einer der Ausgangsleitungen eine Messstelle anzuordnen, so dass eine zweite Messstelle in der anderen Ausgangsleitung vermieden und insbesondere die andere Ausgangsleitung räumlich flexibler angeordnet werden kann.The invention is based on the finding that a measurement of the high-frequency component of the alternating current is possible not only in the output lines, but also in the discharge paths, whereby the return line can be regarded as a common part of the discharge paths. This finding makes it possible to use a measuring sensor system that is optimally designed for the first measuring point or the second measuring point and their respective properties and boundary conditions. In particular, it is sufficient to arrange a measuring point in only one of the output lines, so that a second measuring point in the other output line can be avoided and in particular the other output line can be arranged more flexibly in terms of space.
In einer Ausführungsform des Wechselrichters sind die erste Messstelle in einer der Ausgangsleitungen und die zweite Messstelle in dem mit der anderen Ausgangsleitung verbundenen Ableitpfad angeordnet. Dabei wird an der ersten Messstelle der netzfrequente Anteil des Wechselstroms sowie der hochfrequente Anteil des Wechselstroms in einer der Ausgangsleitungen, während an der zweiten Messstelle die hochfrequenten Anteile des Wechselstromes in der anderen Ausgangsleitung erfasst. Der an der ersten Messstelle erfasste netzfrequente Anteil ist dabei in beiden Ausgangsleitungen im Wesentlichen identisch und wird in der Steuereinheit zur Regelung beispielsweise der Ausgangsleistung des Wechselrichters verwendet. Die von der Steuereinheit zur Regelung beispielsweise des optimal sinusförmigen Verlaufes des Wechselstromes verwendeten hochfrequenten Anteile des Wechselstromes werden aus den an der ersten Messstelle erfassten hochfrequenten Anteile des Stromes in einer der Ausgangsleitungen und den an der zweiten Messstelle erfassten hochfrequenten Anteilen des Stromes in dem mit der anderen Ausgangsleitung verbundenen Ableitpfad zusammengesetzt. Damit sind alle zur Regelung notwendigen hochfrequenten Anteile erfasst, selbst wenn diese zumindest zeitweise nur in der einen Ausgangsleitung oder in der anderen Ausgangsleitung fließen.In one embodiment of the inverter, the first measuring point is arranged in one of the output lines and the second measuring point is arranged in the discharge path connected to the other output line. The mains frequency component of the alternating current and the high frequency component of the alternating current in one of the output lines are measured at the first measuring point, while the high frequency components of the alternating current in the other output line are measured at the second measuring point. recorded. The mains frequency component recorded at the first measuring point is essentially identical in both output lines and is used in the control unit to regulate, for example, the output power of the inverter. The high-frequency components of the alternating current used by the control unit to regulate, for example, the optimal sinusoidal course of the alternating current are composed of the high-frequency components of the current recorded at the first measuring point in one of the output lines and the high-frequency components of the current recorded at the second measuring point in the discharge path connected to the other output line. This means that all high-frequency components required for regulation are recorded, even if they only flow in one output line or in the other output line, at least temporarily.
In einer weiteren Ausführungsform des Wechselrichters ist der Stromsensor dazu eingerichtet, ein überlagertes Summensignal der an der ersten Messstelle und der an der zweiten Messstelle fließenden Ströme zu erfassen. Dadurch können alle relevanten Anteile des Wechselstromes mit einem einzigen Sensor erfasst und an die Steuereinheit geleitet werden. Der Sensor kann als herkömmlicher Stromwandler mit oder ohne Ringkern ausgebildet sein, wobei die Messstellen gebildet werden können, indem eine der Ausgangsleitungen sowie ein Ableitpfad bzw. die Rückleitung durch den Stromwandler durchgeführt werden. Ein bekannter Stromsensor, durch den beide Ausgangsleitungen geführt werden, hat gegenüber dieser Konfiguration den Nachteil, dass der in beiden Ausgangsleitungen fließende netzfrequente Anteil sich konstruktiv addiert und der Stromsensor somit auf eine doppelte Amplitude ausgelegt sein muss. Dies gilt nicht für die hochfrequenten Anteile des Wechselstromes mit vergleichsweise kleiner Amplitude, da diese regelmäßig ausschließlich in einer der Ausgangsleitungen fließen, so dass der Stromsensor gemäß dieser Ausführungsform einen kleineren Dynamikbereich abdecken muss und entsprechend kompakter und günstiger gebaut werden kann. Zusätzlich kann die Rückleitung bzw. der Ableitpfad mehrfach durch den Stromwandler geführt werden, um die Empfindlichkeit des Stromsensors für die hochfrequenten Anteile des Wechselstroms zu erhöhen.In a further embodiment of the inverter, the current sensor is designed to detect a superimposed sum signal of the currents flowing at the first measuring point and the currents flowing at the second measuring point. This means that all relevant components of the alternating current can be detected with a single sensor and sent to the control unit. The sensor can be designed as a conventional current transformer with or without a toroidal core, whereby the measuring points can be formed by passing one of the output lines and a discharge path or the return line through the current transformer. A known current sensor through which both output lines are routed has the disadvantage compared to this configuration that the mains frequency component flowing in both output lines is structurally added together and the current sensor must therefore be designed for double amplitude. This does not apply to the high-frequency components of the alternating current with a comparatively small amplitude, since these regularly flow exclusively in one of the output lines, so that the current sensor according to this embodiment has to cover a smaller dynamic range and can be built accordingly more compactly and inexpensively. In addition, the return line or the discharge path can be routed through the current transformer several times to increase the sensitivity of the current sensor for the high-frequency components of the alternating current.
Der Stromsensor kann weiterhin dazu eingerichtet sein, eine Kombination von Messwerten der an der ersten Messstelle, an der zweiten Messstelle und an einer dritten Messstelle fließenden Ströme zu erfassen, wobei die zweite Messstelle in einem der Ableitpfade und die dritte Messstelle in dem anderen Ableitpfad angeordnet sind. Dazu können die Ableitpfade durch einen gemeinsamen Stromwandler geführt werden, so dass die in beiden Ableitpfaden fließenden Ströme erfasst werden. Insbesondere kann dabei durch geeignete Wahl der Durchführungsrichtung der einzelnen Leitungen durch den Stromsensor eine konstruktive Summation dieser Ströme eingerichtet werden, die eine optimale Erfassung des netzfrequenten Anteils und der hochfrequenten Anteile des Wechselstroms ermöglichen.The current sensor can also be set up to record a combination of measured values of the currents flowing at the first measuring point, at the second measuring point and at a third measuring point, with the second measuring point being arranged in one of the discharge paths and the third measuring point in the other discharge path. For this purpose, the discharge paths can be led through a common current transformer so that the currents flowing in both discharge paths are recorded. In particular, by appropriately selecting the direction in which the individual lines are fed through the current sensor, a constructive summation of these currents can be set up, which enables optimal recording of the mains frequency component and the high frequency components of the alternating current.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wechselrichter einen ersten Stromsensor und einen zweiten Stromsensor, wobei der erste Stromsensor einen an der ersten Messstelle fließenden Strom und der zweite Stromsensor einen an der zweiten Messstelle fließenden Strom erfasst. Dabei kann der zweite Stromsensor auf die Messung der an der zweiten Messstelle, d.h. in dem Ableitpfad bzw. in der Rückleitung fließenden hochfrequenten Anteile des Wechselstroms mit vergleichsweiser kleiner Amplitude optimiert werden und somit insbesondere kompakter und kostengünstiger als ein weiterer in der anderen Ausgangsleitung angeordneter Stromsensor.In a further embodiment, the inverter comprises a first current sensor and a second current sensor, wherein the first current sensor detects a current flowing at the first measuring point and the second current sensor detects a current flowing at the second measuring point. The second current sensor can be optimized for measuring the high-frequency components of the alternating current with a comparatively small amplitude flowing at the second measuring point, i.e. in the discharge path or in the return line, and is thus in particular more compact and less expensive than another current sensor arranged in the other output line.
In einer weiteren Ausführungsform des Wechselrichters ist der zweite Stromsensor dazu eingerichtet, ein überlagertes Summensignal der an der zweiten Messstelle und an einer dritten Messstelle fließenden Ströme zu erfassen, wobei die zweite Messstelle in einem der Ableitpfade und die dritte Messstelle in dem anderen Ableitpfad angeordnet sind. Dadurch kann der zweite Stromsensor alle hochfrequenten Anteile des Wechselstromes erfassen, und der erste Stromsensor kann auf die Messung des netzfrequenten Anteils optimiert werden, d.h. insbesondere mit einem geringeren Dynamikbereich und entsprechend günstiger ausgelegt werden.In a further embodiment of the inverter, the second current sensor is designed to detect a superimposed sum signal of the currents flowing at the second measuring point and at a third measuring point, with the second measuring point being arranged in one of the discharge paths and the third measuring point being arranged in the other discharge path. As a result, the second current sensor can detect all high-frequency components of the alternating current, and the first current sensor can be optimized for measuring the mains frequency component, i.e. in particular with a smaller dynamic range and can be designed more cost-effectively.
Die Stromsensoren der erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Wechselrichters können als magnetische Stromwandler ausgeführt sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Stromsensor mehrere Messstellen umfasst, indem mehrere Leitungen durch ihn hindurchgeführt werden können. Alternativ kann ein Stromsensor mehrere Teilsensoren an unterschiedlichen Messstellen umfassen, deren Messsignale analog, beispielsweise mittels Operationsverstärkern, oder digital in einem Prozessor miteinander verknüpft werden können.The current sensors of the embodiments of the inverter according to the invention can be designed as magnetic current transformers. This is particularly advantageous if the current sensor comprises several measuring points in that several lines can be passed through it. Alternatively, a current sensor can comprise several sub-sensors at different measuring points, the measuring signals of which can be linked together in analog form, for example by means of operational amplifiers, or digitally in a processor.
In einer Ausführungsform des Wechselrichters umfasst der zweite Stromsensor einen Shuntwiderstand zur Strommessung. Dies ist möglich, da der zweite Stromsensor ausschließlich hochfrequente Anteile des Wechselstromes erfasst. Durch die Anordnung des zweiten Stromsensors im Ableitpfad bzw. in der Rückleitung verursacht der ohmsche Widerstand des Shuntwiderstandes zudem keine Wirkungsgradverluste und muss daher nicht aufwändig minimiert werden.In one embodiment of the inverter, the second current sensor comprises a shunt resistor for measuring current. This is possible because the second current sensor only detects high-frequency components of the alternating current. By arranging the second current sensor in the discharge path or in the return line, the ohmic resistance of the shunt resistor does not cause any efficiency losses and therefore does not have to be laboriously minimized.
In einer weiteren Ausführungsform des Wechselrichters ist in beiden Ableitpfaden jeweils ein Shuntwiderstand angeordnet, und Spannungen an den Shuntwiderständen werden mittels eines Differenzverstärkers zu einem Ausgangssignal des zweiten Stromsensors zusammengefasst werden. Dadurch kann der zweite Stromsensor auf besonders einfache Weise alle hochfrequenten Anteile des Wechselstromes erfassen und als einzelnes überlagertes Summensignal an die Steuereinheit übergeben werden, und der erste Stromsensor kann auf die Messung des netzfrequenten Anteils optimiert werden.In a further embodiment of the inverter, a shunt resistor is arranged in each of the two discharge paths, and voltages at the shunt resistors are combined by means of a differential amplifier to form an output signal of the second current sensor. This makes it particularly easy for the second current sensor to detect all high-frequency components of the alternating current and to pass them on to the control unit as a single superimposed sum signal, and the first current sensor can be optimized for measuring the mains frequency component.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Wechselrichters ist die erste Messstelle an einer Position in einer der Ausgangsleitungen auf der der Brückenschaltung abgewandten Seite des Verbindungspunktes des jeweiligen Ableitpfades mit dieser Ausgangsleitung angeordnet. Dadurch kann vermieden werden, dass eine Messstelle bzw. ein entsprechender voluminöser Stromsensor an einer Position entlang der Ausgangsleitungen angeordnet werden muss, die innerhalb der Strompfade für die hochfrequenten Anteile liegt, so dass dieser Strompfad von den Mittelpunkten der Reihenschaltungen der Brückenschaltung über die Ausgangsleitungen, die Ableitpfade und die Rückleitung zum Endpunkt der Reihenschaltungen wesentlich besser minimiert werden kann, was unter anderem zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit des Wechselrichters beiträgt. Zusätzlich kann die zweite Messstelle in der Rückleitung oder ein zweiter Stromsensor mit zwei Messstellen in den Ableitpfaden angeordnet sein, so dass zur Erfassung des gesamten Wechselstromes zwei Sensoren benötigt werden, von denen einer auf die Messung eines netzfrequenten Anteils und der andere auf die Messung hochfrequenten Anteile optimiert werden kann.In a preferred embodiment of the inverter, the first measuring point is arranged at a position in one of the output lines on the side of the connection point of the respective discharge path with this output line facing away from the bridge circuit. This makes it possible to avoid having to arrange a measuring point or a corresponding voluminous current sensor at a position along the output lines that lies within the current paths for the high-frequency components, so that this current path from the center points of the series connections of the bridge circuit via the output lines, the discharge paths and the return line to the end point of the series connections can be minimized much better, which, among other things, contributes to improving the electromagnetic compatibility of the inverter. In addition, the second measuring point can be arranged in the return line or a second current sensor with two measuring points can be arranged in the discharge paths, so that two sensors are required to record the entire alternating current, one of which can be optimized for measuring a mains frequency component and the other for measuring high-frequency components.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters nach einer der voranstehenden Ausführungsformen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter der Brückenschaltung mittels einer unipolaren Taktung angesteuert werden, wobei der ausgangsseitig der Brückenschaltung fließende Wechselstrom an mindestens zwei Messstellen erfasst wird, wobei eine erste Messstelle in einer der Ausgangsleitungen und eine zweite Messstelle einem der Ableitpfade oder in der Rückleitung angeordnet ist.A method according to the invention for operating an inverter according to one of the preceding embodiments is characterized in that the semiconductor switches of the bridge circuit are controlled by means of a unipolar clock, wherein the alternating current flowing on the output side of the bridge circuit is detected at at least two measuring points, wherein a first measuring point is arranged in one of the output lines and a second measuring point is arranged in one of the discharge paths or in the return line.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden an der ersten Messstelle ein netzfrequenter Anteil des Wechselstromes und an der zweiten Messstelle hochfrequente Anteile des Wechselstromes gemessen. Dabei können die an der ersten Messstelle und die an der zweiten Messstelle erfassten Messwerte separat an die Steuerung übertragen werden.In one embodiment of the method, a mains frequency component of the alternating current is measured at the first measuring point and high frequency components of the alternating current are measured at the second measuring point. The measured values recorded at the first measuring point and those recorded at the second measuring point can be transmitted separately to the control system.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfassen die an der ersten Messstelle erfassten Messwerte den netzfrequenten Anteil des Wechselstromes und hochfrequente Anteile des Wechselstromes in einer Halbwelle des Wechselstromes, und die an der zweiten Messstelle erfassten Messwerte umfassen hochfrequente Anteile des Wechselstromes in der anderen Halbwelle des Wechselstromes. Alternativ umfassen die an der ersten Messstelle erfassten Messwerte ausschließlich den netzfrequenten Anteil des Wechselstromes, und die an der zweiten Messstelle erfassten Messwerte umfassen in beiden Halbwellen des Wechselstromes hochfrequente Anteile des Wechselstromes.In a further embodiment of the method, the measured values recorded at the first measuring point include the mains frequency component of the alternating current and high-frequency components of the alternating current in one half-wave of the alternating current, and the measured values recorded at the second measuring point include high-frequency components of the alternating current in the other half-wave of the alternating current. Alternatively, the measured values recorded at the first measuring point include exclusively the mains frequency component of the alternating current, and the measured values recorded at the second measuring point include high-frequency components of the alternating current in both half-waves of the alternating current.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfassen die an der ersten Messstelle von dem ersten Stromsensor erfassten Messwerte ausschließlich den netzfrequenten Anteil des Wechselstromes, und ein zweiter Stromsensor erfasst die über die Ableitpfade fließenden hochfrequenten Anteile des Wechselstromes und überträgt diese an die Steuerung. Alternativ können die an der ersten Messstelle, an der zweiten Messstelle und ggf. an der dritten Messstelle fließenden Ströme mittels eines gemeinsamen Stromsensors erfasst und als überlagertes Summensignal an die Steuerung übertragen werden.In a further embodiment of the method, the measured values recorded at the first measuring point by the first current sensor include exclusively the mains frequency component of the alternating current, and a second current sensor records the high frequency components of the alternating current flowing via the discharge paths and transmits these to the control system. Alternatively, the currents flowing at the first measuring point, at the second measuring point and, if applicable, at the third measuring point can be recorded by means of a common current sensor and transmitted to the control system as a superimposed sum signal.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE CHARACTERS
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1a ,1b zeigen aus dem Stand der Technik bekannte Wechselrichter und -
2-5 zeigen verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wechselrichter.
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1a ,1b show state-of-the-art inverters and -
2-5 show various embodiments of inverters according to the invention.
FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION
Die Ausgangsleitungen 5a, 5b des Wechselrichters 1 sind jeweils über einen eine Filterkapazität 8 umfassenden Ableitpfad 9a, 9b mit einer gemeinsame Rückleitung 9c zu einem der Endpunkte der Reihenschaltung verbunden.The
Der Wechselrichter 1 umfasst eine Steuereinheit 10, die mit den Halbleiterschaltern der Brückenschaltung 2 verbunden ist und die Brückenschalter mittels getakteter Steuersignale ansteuert. Die Steuersignale können dabei insbesondere einem in bekannter Weise generierten unipolaren oder bipolaren Taktmuster folgen, das beispielsweise von einer PWM-Steuerung erzeugt wird und dazu geeignet ist, mittels der Brückenschaltung 2 einen sinusförmigen Ausgangstrom mit einer Netzfrequenz des Wechselspannungsnetzes an den Wechselspannungsanschlüssen 5 zu erzeugen.The
Im Betrieb des Wechselrichters 1, insbesondere durch die Taktung der Halbleiterschalter der Brückenschaltung 2 im kHz-Bereich, entstehen hochfrequente Anteile im Wechselstrom in den Ausgangsleitungen 5a, 5b, die teilweise durch die Filterinduktivitäten 6 gedämpft werden und teilweise über die Ableitpfade 9a, 9b und die Rückleitung 9c zu einem der Endpunkte der Reihenschaltungen der Brückenschaltung fließen. Diese hochfrequenten Anteile sind dem eigentlich gewünschten sinusförmigen Ausgangsstrom der Brückenschaltung 2 überlagert.During operation of the
Die Steuereinheit 10 ist mit zwei Stromsensoren 11a, 11b verbunden, die in den Ausgangsleitungen 5a, 5b zwischen der jeweiligen Filterinduktivität 6 und dem jeweiligen Verbindungspunkt der Ableitpfade 9a, 9b mit den Ausgangsleitungen 5a, 5b angeordnet sind. Die Stromsensoren 11a, 11b können verschiedene bekannte Bauformen aufweisen und beispielsweise Shunt-Widerstände oder Stromwandler mit oder ohne Ringkern umfassen.The
Die Steuereinheit 10 verarbeitet die Messsignale der Stromsensoren 11a, 11b sowohl hinsichtlich des netzfrequenten Anteils des Wechselstromes in den Ausgangsleitungen 5a, 5b, der insbesondere zur Regelung der Ausgangsleistung des Wechselrichters 1 verwendet wird, als auch hinsichtlich der hochfrequenten Anteile des Wechselstromes. Die hochfrequenten Anteile werden insbesondere hinsichtlich Störungen mit Frequenzen im Bereich zwischen der Netzfrequenz und der Taktfrequenz ausgewertet und im Rahmen einer Regelung dazu verwendet, diese Störungen durch geeignete Modifikation der Taktung der Halbleiterschalter der Brückenschaltung 2 zu minimieren.The
Der netzfrequente Anteil des Wechselstroms des Wechselrichters 1 fließt gegenläufig durch die Ausgangsleitungen 5a, 5b, wobei die netzfrequenten Anteile der Ströme in den Ausgangsleitungen 5a, 5b weitgehend identische Amplituden aufweisen, so dass zur Bestimmung des netzfrequenten Anteil des Wechselstroms einer der Stromsensoren 11a, 11b ausreichen würde. Zur korrekten Ermittlung der hochfrequenten Anteile des Wechselstromes ist es jedoch notwendig, die in den einzelnen Ausgangsleitungen 5a, 5b fließenden Ströme getrennt zu betrachten, da die hochfrequenten Anteile je nachdem, welcher der Halbleiterschalter der Brückenschaltung 2 zu einem Zeitpunkt getaktet wird, nur in der ersten Ausgangsleitung 5a oder nur in der zweiten Ausgangsleitung 5b und entsprechend nur über den jeweiligen Ableitpfad 9a bzw. 9b zum Endpunkt der Reihenschaltungen der Brückenschaltung 2 fließen. The mains frequency component of the alternating current of the
Selbstverständlich kann der erste Stromsensor 11b statt in der zweiten Ausgangsleitung 5b alternativ in der ersten Ausgangsleitung 5a angeordnet sein. Die Aufteilung der Messungen der Anteile am Wechselstrom auf die Stromsensoren 11b und 14 ergibt sich dann analog zur obigen Beschreibung.Of course, the first
Diese Ausführungsform weist gegenüber einem Wechselrichter gemäß
Selbstverständlich können die Stromsensoren 11b, 14 alternativ in der jeweils anderen Leitung angeordnet sein, d.h. der Stromsensor 11b in der ersten Ausgangsleitung 5a und der Stromsensor 14 in dem mit zweiten Ausgangsleitung 5b verbundenen Ableitpfad 9b.Of course, the
Diese Ausführungsform weist gegenüber einem Wechselrichter gemäß
Selbstverständlich kann die vom Stromsensor 15 überdeckte Messstelle 13b statt in der zweiten Ausgangsleitung 5b alternativ in der ersten Ausgangsleitung 5a angeordnet sein. Das vom Stromsensor 15 erfasste und ausgegebene Summensignal setzt sich dann analog zur obigen Beschreibung zusammen.Of course, the
Diese Ausführungsform weist gegenüber einem Wechselrichter gemäß
Selbstverständlich können die vom Stromsensor 15 gemäß
Diese Ausführungsform weist gegenüber einem Wechselrichter gemäß
Selbstverständlich kann der erste Stromsensor 11a anstatt in der ersten Ausgangsleitung 5a gemäß
Selbstverständlich kann der erste Stromsensor 11a anstatt in der ersten Ausgangsleitung 5a gemäß
Die Ausführungsformen gemäß
Diese Ausführungsform weist gegenüber einem Wechselrichter gemäß
Alternativ zum Stromsensor 17 in den Ableitpfaden 9a, 9b kann ein Stromsensor 14 in der Rückleitung 9c angeordnet sein, um die in den Ausgangsleitungen 5a, 5b und damit in den Ableitpfaden 9a und 9b fließenden hochfrequenten Anteile des Wechselstromes zu erfassen.As an alternative to the
Diese Ausführungsform weist gegenüber einem Wechselrichter gemäß
Selbstverständlich kann die Messstelle 21 statt in der zweiten Ausgangsleitung 5b alternativ in der ersten Ausgangsleitung 5a angeordnet sein.Of course, the measuring
Diese Ausführungsform weist gegenüber einem Wechselrichter gemäß
Selbstverständlich kann die vom Stromsensor 23 überdeckte Messstelle 21 statt in der zweiten Ausgangsleitung 5b alternativ in der ersten Ausgangsleitung 5a auf einer der Brückenschaltung 2 abgewandten Seite des Verbindungspunktes der ersten Ausgangsleitung 5a mit dem ersten Ableitpfad 9a angeordnet sein.Of course, the measuring
In dieser Ausführungsform ist die Messstelle 21 besser erreichbar als die Messstelle 13b gemäß
Selbstverständlich können die Teilsensoren 17a und 17b des Stromsensors 17 gemäß
Die Ausführungsformen gemäß
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 11
- Wechselrichterinverter
- 22
- Brückenschaltungbridge circuit
- 33
- Zwischenkreiskapazitätintermediate circuit capacitance
- 44
- GleichstromanschlussDC connection
- 55
- WechselstromanschlussAC power connection
- 5a, 5b5a, 5b
- Ausgangsleitungenoutput lines
- 66
- Filterinduktivitätfilter inductance
- 77
- Ausgangsfilteroutput filter
- 88
- Filterkapazitätfilter capacity
- 9a, 9b9a, 9b
- Ableitpfadedischarge paths
- 9c9c
- Rückleitungreturn line
- 1010
- Steuereinheitcontrol unit
- 11a, 11b11a, 11b
- Stromsensorencurrent sensors
- 1212
- Stromsensorcurrent sensor
- 13a, 13b13a, 13b
- Messstellenmeasuring points
- 14, 1514, 15
- Stromsensorencurrent sensors
- 16a, 16b, 16c16a, 16b, 16c
- Messstellenmeasuring points
- 1717
- Stromsensorcurrent sensor
- 17a, 17b17a, 17b
- Teilsensorenpartial sensors
- 18, 19, 2018, 19, 20
- Stromsensorencurrent sensors
- 2121
- Messstellemeasuring point
- 22, 2322, 23
- Stromsensorcurrent sensor
Claims (17)
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| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
